渦旋光束的深聚焦特性.pdf

1、渦旋光束的研究和應用近年來引起了許多學者的廣泛興趣，并產(chǎn)生了現(xiàn)代光學的一個新分支－奇點光學。渦旋光束中的波前位錯(亦稱相位奇點)的振幅為零且相位具有不確定性，這種光束可以通過空間光調(diào)制器或空間相位片產(chǎn)生，而且渦旋光束還具有軌道角動量，能夠應用于粒子的捕獲和旋轉等領域。暗核光渦旋還可以成為產(chǎn)生光渦旋鑷子的物理儀器。渦旋光束的獨特性質(zhì)使奇點光學有著廣泛的應用前景。因此，對渦旋光束的傳輸特性的研究具有重要的理論和實際意義。 本文首先介

2、紹了研究光束深聚焦的矢量Debye衍射積分理論。由于非零階貝塞爾-高斯光束為渦旋光束的一類，本論文以非零階貝塞爾-高斯光束為主要研究對象，分析了其在多種條件下的深聚焦特性。研究了圓柱偏振貝塞爾－高斯光束經(jīng)高數(shù)值孔徑透鏡的聚焦特性。推導了圓柱偏振貝塞爾－高斯光束經(jīng)高數(shù)值孔徑透鏡聚焦的光場表達式，并用數(shù)值計算分析了各相關參數(shù)對焦面及焦點附近光強分布的影響。通過控制各相關參數(shù)的取值，改變透鏡聚焦區(qū)域的光場分布，獲得了有廣泛實際應用并具有渦旋性

3、質(zhì)的局域空心光束和平頂光束。對渦旋光束經(jīng)介質(zhì)面和單軸雙折射晶體的深聚焦特性進行了研究。對于線偏振渦旋光束經(jīng)介質(zhì)面的深聚焦，通過數(shù)值計算詳細分析了焦點附近的光強分布，討論了透鏡的數(shù)值孔徑和探測深度對焦移的影響。此外，還分析了光束截面的光強分布隨傳輸距離z的變化規(guī)律。對于徑向和角向偏振渦旋光束經(jīng)介質(zhì)面的深聚焦，分析了數(shù)值孔徑對聚焦光斑和聚焦光孔的半值全寬的影響。對于徑向和角向偏振渦旋光束經(jīng)單軸雙折射晶體的深聚焦，在小雙折射率的近似條件下，通

4、過數(shù)值計算，分析了焦點附近及實際焦面附近的光強分布，研究了焦移隨數(shù)值孔徑和雙折射率的變化規(guī)律。此外，還討論了雙折射率的變化對實際焦面內(nèi)的Strehl比值的影響。對于部分相干貝塞爾－高斯光束經(jīng)高數(shù)值孔徑透鏡的聚焦，推導了焦點附近的光強分布表達式、相干度和偏振度表達式。通過數(shù)值計算，分析了各相關參數(shù)對聚焦區(qū)域內(nèi)光強分布、相干度和偏振度的影響。結果表明，入射光束的有效相干長度和聚焦透鏡的最大數(shù)值孔徑角的取值變化都會對光強分布、相干度和偏振度產(chǎn)